水电工程钻孔抽水试验的技术进展

崔中涛,徐海洋,郑克勋

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都　610072;2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳　550000)



水电工程钻孔抽水试验的技术进展

崔中涛1,徐海洋1,郑克勋2

(1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都610072;2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳550000)

水电工程钻孔抽水试验是一种在钻孔内进行的含水层原位渗透试验方法。随着近些年新工艺、新技术在抽水试验中的广泛应用，为了完善现有抽水试验内容，本文建议增加测试工具、岩溶地区抽水试验以及潜水含水层完整孔非稳定流抽水试验水位恢复法等方面内容。增加的内容在实际工程中进行了大量应用，并取得了较好的效果。

抽水试验;测试工具;水位恢复;岩溶地区抽水

0　前　　言

水电工程钻孔抽水试验是一种在钻孔内进行的含水层原位渗透试验方法。主要是测定含水层的渗透性参数，为计算坝(闸)基、渠道、水库渗漏量，大坝及围堰的防渗设计和水工建筑物基坑涌水量提供依据。评价和预测的准确性与渗透性参数的可靠性密切相关。

1　抽水试验现状

《水电水利工程钻孔抽水试验规程》[1]2005年发布，为评价工程土体渗透性提供了强有力支撑。在调查主要含水层的渗透性能及其变化规律时，可采用单孔抽水试验。在选定的水电枢纽工程场地上，查明主要建筑物地段含水层的渗透性和各向异性以及岩土体渗透性分级时，根据水文地质条件复杂程度，宜选用单孔或多孔抽水试验；核定坝基和强烈渗漏地段岩土体准确的渗透性参数时，宜布置一定数量的多孔抽水试验。多孔抽水试验以抽水孔为原点，宜布置1～2条观测线，每条观测线上的观测孔不宜少于3个。

抽水试验包括稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验，目前国内水利水电工程场地上常用的为单孔稳定流抽水试验。抽水试验目前的流程简要概括主要为：①设备安装;②洗孔;③试验抽水和观测静止水位。计算渗透性参数需要用到抽水孔的涌水量和抽水孔的动水位等观测数据，目前水位的观测使用电测水位计，观测读数精确到1 cm，涌水量的观测常用水表或三角堰。

2　抽水试验的技术进展

在这十余年间许多新工艺、新技术在抽水试验中得到了广泛的应用，并积累了大量的抽水试验经验。此外，随着西部水电开发的进行，现行钻孔抽水试验已不能满足超深厚覆盖层的要求。笔者建议在抽水试验中增加以下内容：

2.1测试工具的改进

传统抽水试验测水位使用电测水位计,本文建议有条件时采用自动仪器测量水位。采用自动仪器测量水位可以克服人为等外界因素的干扰，使得采集的试验数据更加真实可信。

2.2岩溶地区抽水试验

2.2.1抽水试验孔选择和布置

(1)岩溶地区抽水试验时段选择应结合试验目的确定。对解决供水问题，应在枯水期进行，对研究基坑或洞室涌水等问题时，应在丰水期进行抽水试验。

(2)岩溶地区抽水试验孔应结合场地岩溶发育程度，布置在地下水富集的强岩溶发育部位。对相对均匀的岩溶含水层，可布置一条测线，沿地下水径流方向布置抽水孔和观测孔；对岩性变化较大、岩溶发育的含水层，应布置两条观测线，其中一条应沿构造、岩溶发育方向或强透水方向布置，另一条与之垂直；当岩体各向异性突出、岩溶发育强烈、水文地质条件复杂时，宜在各主要渗透方向均布置观测线。抽水试验观测孔可利用溶洞、落水洞、暗河和泉水等天然岩溶形态和地下水出露点。

(3)岩溶地区抽水试验应详细调查井(孔)周边岩溶裂隙或岩溶管道的发育情况，并将抽出的地下水排向地下水径流方向的下游，防止其通过岩溶通道又反流回抽水井或观测井内，从而得出错误的试验成果。

(4)岩溶地区抽水试验时，应预测大流量抽水可能造成的地面塌陷等不良环境地质问题。如可能或者已经对周边环境造成不良影响，宜将抽水试验改为压水试验或注水试验。

2.2.2抽水试验孔类型和结构

岩溶地区抽水试验孔结构设计时，应结合试验目的确定。将强透水层全部揭穿的抽水试验孔，定义为完整井，计算时，以孔内强透水段作为含水层厚度。

2.2.3抽水试验降深和延续时间

(1)岩溶地区抽水试验时，应根据场地岩溶水文地质条件及相应的岩溶地下水类型，进行试抽水。

(2)当采用设计最小流量试抽水，孔内降深持续增加，且无法达到稳定条件时，应停止抽水，观测孔内恢复水位，并结合恢复水位试验成果分析试验孔的代表性。

(3)当采用设计最大流量试抽水，持续8 h以上，最小降深值小于0.5 m，可停止抽水。结合场地水文地质条件采用其他方法研究岩溶水补给、径流和排泄特征。

2.2.4过滤器

(1)岩溶地区抽水试验过滤器应安装在强透水层部位，其他孔段需进行封闭处理，抽水井过滤器以下需留足足够长度的沉淀管。

(2)裂隙型、溶隙型含水层和无充填的溶洞，可采用骨架过滤器；充填黏土的溶洞，可采用包网或缠丝过滤器；充填沙等松散物质的溶洞，需采用填砾过滤器。

2.2.5水泵

岩溶地区抽水试验，应根据场地岩溶水文地质条件配备不同尺寸、抽水量和扬程的抽水设备。选择抽水设备需满足动力、地下水埋深、降深、水量、过滤器直径等要求。

2.2.6钻探

对裂隙型或溶隙型岩溶地层内的钻孔可采用清水钻进，岩溶强发育段，应采用跟管钻进。钻进过程中，应观测内外管水位。为判断岩溶地层内地下水位的可靠性，宜开展水位恢复试验。

2.2.7试验资料整编

强岩溶发育地区的多孔抽水试验应绘制降深等值线图，判断岩溶发育方向和地下水主径流方向。计算得到的影响半径、渗透系数等参数需与地质条件一致。

2.3计算公式

潜水含水层完整孔非稳定流抽水试验水位恢复法渗透性参数计算公式(见表1)。

表1　潜水含水层完整孔非稳定流抽水试验水位恢复法渗透性参数计算公式

3　应用实例

3.1岩溶地区抽水试验实例

试验段主要地层岩性为三叠系中统松子坎组(T2sz2)，深灰、灰黄色泥晶灰岩、泥灰岩、泥晶白云岩间夹页岩，属弱～中等岩溶化地层，岩溶较发育，总共9个钻孔，相邻的两孔之间的间距为21～41 m不等，设计出水段孔径为219 mm、沉砂段孔径为168 mm，孔深120～150 m，9号孔因为在39.4～50.1 m遇溶洞，结束钻孔(见图1)。

所选单孔抽水试验孔为6号孔，1、2、3、4、5号孔为观测孔；群孔抽水试验钻孔为1、6号孔同时抽水，2、3、4、5号孔为观测孔，1、6号孔同时抽水时，两孔水位相差不宜大于20 cm。

渗透系数计算公式选用DL/T5213-2005规程裘布衣潜水完整孔公式：

计算公式为：

(1)

式中Q——为抽水量;

H——为含水层厚度;

S——为钻孔降深;

R——为影响半径;

r——为钻孔半径。

单位出水量的计算公式为：

(2)

图1　各钻孔的相对位置

当降落漏斗半径扩散至白鹭湖时，按SL320-2005规程巴布什金单孔公式计算：

(3)

式中L——为钻孔中水位到孔底距离；

b——为钻孔至白鹭湖距离。

经计算，各孔的渗透系数K，(1)、(2)式计算成果汇总于表2，(3)式计算成果汇总于表3，参数建议值见表4。

2008年1月份测得地下水埋深一般为7.7～8.9 m，对应高程1 236.76 m左右，2011年11月份测得各孔地下水埋深一般为7.3～8.0 m，相应的高程约1 238.77～1 236.58 m，由东向西有逐渐降低的趋势，地下水排向白鹭湖。根据2012年11号孔的地下水位观测情况，餐饮中心外侧地下水位较高，埋深仅2 m左右，相应的高程约1 243 m。

根据前期多次抽水试验计算得到渗透系数，东西向为0.15～0.45 m/d，南北向为0.38～1.0 m/d，

表2　单孔抽水试验水文地质参数成果汇总

表3　群孔抽水试验水文地质参数成果汇总

表4　抽水试验确定的单孔水文地质参数建议值汇总

即(2～12)×10-4cm/s，属中等透水岩层。其中以1号孔的渗透系数最大，约为1.0 m/d。

3.2水位恢复试验实例

某潜水含水层中有一口完整井,潜水含水层厚21 m，以定流量Q=960 m3/d进行抽水试验,在tp=180 min时刻停泵,井中水位降深变化过程见表5,停抽时刻观测孔中的降深sp为0.87 m。由抽水试验数据计算得出含水层渗透系数为16.8 m/d。

表5　水位恢复观测数据

s-lgt/t′曲线如图2所示：

图2　S-lgt曲线

根据下列公式计算出渗透系数K=17.4 m/d。

(4)

(5)

(6)

由水位恢复试验计算的结果和常规抽水试验基本一致。

4　结　　语

随着近些年新工艺、新技术在抽水试验中的广泛应用，为了完善现有抽水试验的内容，本文增加测试工具、岩溶地区抽水试验以及潜水含水层完整孔非稳定流抽水试验水位恢复法等方面内容。结合工程实例，在岩溶地区进行了抽水试验、潜水含水层水位恢复试验，试验结果真实、准确、可信，满足了工程设计的需要。

[1]中华人民共和国电力行业标准. 水电水利工程钻孔抽水试验规程(DL/T5213-2005)[S]. 北京: 中国电力出版社, 2005(6):10-20.

2016-03-07

崔中涛(1979-)，男，湖北仙桃人，高级工程师，从事水电水利工程勘察设计工作。

P641

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1003-9805(2016)03-0085-03